3407綜采工作面上隅角瓦斯治理

張志斌

(山西省太原西峪煤礦，山西 太原 030021)

太原西峪煤礦是瓦斯礦井，投產(chǎn)以來瓦斯涌出量一直較低，但近年來，隨著開采深度的增加，礦井瓦斯涌出量呈逐年上升趨勢(shì)。工作面瓦斯涌出量不斷增大，尤其是上隅角瓦斯急劇升高，頻繁超限，嚴(yán)重影響了工作面的安全生產(chǎn)。在對(duì)回采工作面瓦斯涌出規(guī)律進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，通過采取綜合措施，對(duì)上隅角瓦斯積聚進(jìn)行治理，取得了明顯成效。

1 工作面概況

3407工作面位于四采區(qū)主下山左翼，上山為左翼集中運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷，下山方向?yàn)?401未采實(shí)體煤，相鄰區(qū)NW為3405工作面采空區(qū)，SE為采區(qū)主下山，所采煤層為3#煤。工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為140 m、傾斜長(zhǎng)度為1000 m左右，煤層厚度為5.0 m左右，厚度相對(duì)穩(wěn)定，煤層傾角4°～14°，平均8°左右。工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為4.5 m3/min，煤塵為弱爆炸性，煤層自燃傾向性為Ⅲ類，煤層瓦斯含量為3.515 ～5.059 m3/t，煤層瓦斯壓力為0.43 MPa，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.073 ～0.115 d－1，煤塵透氣性系數(shù)為1.798 m2/MPa2·d，屬于較難抽放煤層。工作面采用“U”型通風(fēng)方式，設(shè)計(jì)配風(fēng)量為1350 m3/min。工作面采用綜采放頂煤工藝，回采循環(huán)步距為0.5 m。工作面布置情況見圖1。

圖1 3407工作面平面布置圖

2 工作面上隅角瓦斯涌出規(guī)律分析

回采工作面上隅角是否積聚瓦斯，與工作面的通風(fēng)系統(tǒng)有著密切關(guān)系，該礦工作面通風(fēng)方式為“U”型，是一種容易引發(fā)工作面上隅角瓦斯積聚的通風(fēng)方式。通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)瓦斯、風(fēng)量的檢測(cè)及對(duì)通風(fēng)情況、生產(chǎn)情況、煤層賦存情況、抽放系統(tǒng)運(yùn)行情況等對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)采空區(qū)瓦斯在上隅角區(qū)域集中涌出是造成上隅角瓦斯超限的主要原因。

通過研究分析，該礦類似工作面瓦斯涌出規(guī)律是:回采工作面瓦斯?jié)舛群屯咚褂砍隽繌倪M(jìn)風(fēng)側(cè)到回風(fēng)側(cè)逐漸增大，工作面瓦斯?jié)舛群陀砍隽科骄鲩L(zhǎng)幅度不大，但從工作面中后部到工作面回風(fēng)側(cè)瓦斯?jié)舛绕骄鲩L(zhǎng)速度較快，且距工作面回風(fēng)側(cè)15 m范圍內(nèi)的瓦斯涌出強(qiáng)度最大，因在通風(fēng)負(fù)壓的作用下，在工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)進(jìn)入采空區(qū)的風(fēng)流，將在工作面回風(fēng)側(cè)流回工作面，進(jìn)入回風(fēng)巷，風(fēng)流流回工作面過程中帶出采空區(qū)內(nèi)高濃度瓦斯，致使工作面上隅角瓦斯超限。由于該工作面瓦斯涌出強(qiáng)度最大范圍比較窄，容易導(dǎo)致上隅角區(qū)域瓦斯?jié)舛燃眲∩?，影響工作面正?；夭?工作面沿推進(jìn)方向涌出規(guī)律是:從進(jìn)風(fēng)側(cè)至中后部煤壁處工作面瓦斯?jié)舛容^高，然后逐漸下降，至中后部(距回風(fēng)巷約為工作面全長(zhǎng)1/3處)基本持平，然后采空區(qū)側(cè)瓦斯?jié)舛戎饾u升高，靠近上隅角區(qū)域涌出的瓦斯?jié)舛缺容^高。說明工作面漏風(fēng)帶較寬，容易引起采空區(qū)瓦斯在上隅角區(qū)域集中涌出，造成上隅角瓦斯超限現(xiàn)象。

3 瓦斯治理綜合措施

根據(jù)該礦回采工作面瓦斯涌出規(guī)律及目前所具備的治理?xiàng)l件，提出并實(shí)施以下上隅角瓦斯綜合治理措施:

3.1 調(diào)整配風(fēng)量

常用的回采工作面處理瓦斯超限方法首選就是加大風(fēng)量，以稀釋和排除瓦斯。但是如果工作面配風(fēng)量過大，勢(shì)必造成工作面進(jìn)回風(fēng)之間壓差變大，引起采空區(qū)漏風(fēng)強(qiáng)度增大，漏風(fēng)帶寬度增加，漏風(fēng)風(fēng)流從采空區(qū)內(nèi)攜帶出高濃度瓦斯在回風(fēng)側(cè)流回工作面，使得上隅角瓦斯涌入量增加。因此，應(yīng)加強(qiáng)配風(fēng)的計(jì)算，使工作面保持較為合適的風(fēng)量。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，該工作面由1200 m3/min降至1000 m3/min，效果比較明顯，副巷及上隅角瓦斯?jié)舛冉档?0%以上。

3.2 抽排上隅角瓦斯

3.2.1 抽放鉆孔抽排上隅角瓦斯

在工作面回風(fēng)巷靠工作面幫設(shè)置鉆場(chǎng)，施工抽放鉆孔，利用移動(dòng)瓦斯抽放系統(tǒng)，邊采邊抽排上隅角處瓦斯，以減少其向風(fēng)流中的涌出量。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，多次調(diào)整鉆孔參數(shù)，確保抽放量。

本工作面抽放鉆孔設(shè)計(jì)采空區(qū)瓦斯抽放，約在開切眼50 m處打第一鉆場(chǎng)，將鉆孔終孔位置設(shè)計(jì)在上層煤層底板處或靠近上隅角區(qū)域，使工作面回采、采空區(qū)垮落后能抽放采空區(qū)的瓦斯來緩解采空區(qū)瓦斯在負(fù)壓作用下在上隅角的積聚;相鄰兩個(gè)鉆場(chǎng)間距為40 m，相鄰兩個(gè)鉆場(chǎng)的鉆孔終孔位置間距為20 m，原設(shè)計(jì)為一個(gè)鉆場(chǎng)單獨(dú)抽放，后來根據(jù)實(shí)際情況，調(diào)整為兩個(gè)鉆場(chǎng)同時(shí)抽放。

1)鉆場(chǎng)合理間距和鉆孔合理深度。

因受施工條件限制，本工作面頂板高位鉆孔間，搭接距離太短，影響鉆孔的有效抽放距離，結(jié)合該礦井的實(shí)際條件，工作面回風(fēng)巷卸壓瓦斯抽放鉆孔長(zhǎng)度為60～90 m，鉆場(chǎng)間距應(yīng)取40 m左右為宜，使兩相鄰鉆場(chǎng)間鉆孔在空間上能有充分重疊，即當(dāng)前鉆場(chǎng)抽放鉆孔的最佳抽放量點(diǎn)恰好為下一鉆場(chǎng)鉆孔的抽放的起點(diǎn)，使鉆場(chǎng)鉆孔對(duì)采空區(qū)上方裂隙帶瓦斯能進(jìn)行接續(xù)抽放，保證抽放效果。

2)單個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)鉆孔數(shù)量。

根據(jù)對(duì)鉆場(chǎng)單個(gè)鉆孔的抽放情況考察結(jié)果，結(jié)合鉆孔終孔位置考慮，對(duì)于和3518類似賦存情況工作面來看，長(zhǎng)度60～90 m的鉆孔，每個(gè)鉆場(chǎng)采用6個(gè)孔即可保證抽放效果。

3)鉆孔最佳終孔位置。

根據(jù)對(duì)頂板高位鉆孔的觀測(cè)，結(jié)合施工時(shí)終孔位置，終孔于3#煤層頂板15～25 m，據(jù)回風(fēng)巷距離15～30 m范圍內(nèi)的鉆孔抽放效果比較好，說明在同樣的賦存條件下，該區(qū)域頂板裂隙內(nèi)積聚瓦斯比較多，在該區(qū)域內(nèi)所布鉆孔大多抽放效果較好。

3.2.2 上隅角埋管抽排瓦斯

上隅角埋管的原理是利用綜放面采用錨桿和錨索支護(hù)方式，回采時(shí)靠近回風(fēng)巷幫的巷道頂板冒落滯后于工作面頂板，在該空間內(nèi)預(yù)埋靠近頂板的水平管接入已有的抽放瓦斯管路，工作面采過后，等頂板冒落將管道埋住后，將預(yù)埋管作為上隅角長(zhǎng)期的抽放管道，隨著此管埋入采空區(qū)可以攔截通過該區(qū)涌入上隅角的瓦斯，在一定程度上可改變采空區(qū)的瓦斯流動(dòng)方向，同時(shí)可以增加瓦斯抽放量。

具體操作:預(yù)埋d108管路，在d108管路上再連接高1.5 m，水平長(zhǎng)度2 m的d50 mm鋼管，鋼管周圍打孔，使老空內(nèi)的高濃度瓦斯通過吸氣孔進(jìn)入抽放管道。水平管出口用鐵紗網(wǎng)包好，以防止煤矸石進(jìn)入抽放管路;花管用木垛支撐，以防止壓斷垂直抽放管路;為防止采空區(qū)冒落矸石砸在管上產(chǎn)生火花，在瓦斯管路埋入采空區(qū)前，必須用木板蓋在瓦斯管路上，保護(hù)瓦斯管路。經(jīng)過多次試驗(yàn)，每一處預(yù)埋水平管間距15 m時(shí)效果最佳，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，一般按12 m或18 m操作。從上隅角瓦斯綜合治理效果考察中可看出，上隅角預(yù)埋水平管對(duì)治理上隅角的瓦斯效果較好。

3.2.3 泵體抽放負(fù)壓的調(diào)節(jié)

本工作面治理過程中，使用抽放對(duì)象為卸壓瓦斯，但上隅角瓦斯抽放的最佳抽放負(fù)壓與回風(fēng)巷鉆孔最佳抽放效果所需的抽放負(fù)壓并不一致，通過對(duì)抽放過程中的實(shí)際抽放參數(shù)進(jìn)行整理，發(fā)現(xiàn)在抽放負(fù)壓為在18～30.0 kPa范圍內(nèi)時(shí)，整個(gè)抽放系統(tǒng)中抽放濃度比較高，抽放量較大，建議具有類似抽放條件時(shí)使用此段抽放負(fù)壓為宜。但應(yīng)指出的是，使用多種抽放方法對(duì)瓦斯進(jìn)行綜合抽放時(shí)，具體的最佳抽放負(fù)壓應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，以確保在不同的抽放條件下取得最佳抽放效果。

3.3 上隅角瓦斯局部積聚治理綜合措施

根據(jù)上隅角及機(jī)尾處瓦斯局部積聚情況，采取了以下綜合措施:

3.3.1 現(xiàn)場(chǎng)掛引風(fēng)幛

在上隅角及刮板運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾處設(shè)置兩道擋風(fēng)簾，增大通過上隅角的風(fēng)量以稀釋瓦斯。一道風(fēng)簾掛在工作面煤壁到倒數(shù)第二架與第三架支架之間，以引導(dǎo)風(fēng)流進(jìn)入后部刮板運(yùn)輸機(jī)，另一道的位置從上隅角到工作面端頭支護(hù)的前側(cè)支柱。

3.3.2 保證有效通風(fēng)斷面

加強(qiáng)工作面機(jī)尾端頭支護(hù)的管理，保證工作面后部刮板運(yùn)輸機(jī)入口的通風(fēng)斷面和后部刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸空間的有效斷面，主要是放煤后對(duì)支架尾梁的控制和后部刮板運(yùn)輸機(jī)兩側(cè)堆積的浮煤及放頂落煤及時(shí)運(yùn)走和清理，放頂煤后及時(shí)將支架尾梁調(diào)整到最高位置。

3.3.3 減小上隅角深度

上隅角空間的大小，決定上隅角的瓦斯存在情況?；夭晒ぷ髅嫔嫌缃怯捎诠ぷ髅鏅C(jī)尾切頂柱不及時(shí)回撤或工作面刮板運(yùn)輸機(jī)不直，極易形成銳角式的隅角，造成上隅角范圍擴(kuò)大且通風(fēng)困難，往往造成瓦斯積聚。采取綜合措施，在現(xiàn)場(chǎng)工作中，要及時(shí)回撤切頂柱，要求切頂柱必須與后部刮板運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾回齊，嚴(yán)禁切頂柱滯后，同時(shí)規(guī)定在副尾退柱期間，無論瓦斯是否超限，工作面必須執(zhí)行停產(chǎn)斷電，確?；刂陂g的安全。

3.3.4 適當(dāng)增加上隅角的寬度

回采工作面由于回采過程中移架操作，有時(shí)使支架向副巷一側(cè)偏移，導(dǎo)致上隅角處支架距巷幫距離太近，從而導(dǎo)致上隅角成為一狹窄的長(zhǎng)條，使風(fēng)流難以流經(jīng)上隅角，導(dǎo)致瓦斯超限。根據(jù)措施要求，保持上隅角寬度與副巷寬度相同，以確保掛風(fēng)障等措施的實(shí)施。

3.3.5 確保副巷安全出口的高度

由于副巷安全出口高度不夠，導(dǎo)致機(jī)尾風(fēng)流不暢，易造成上隅角瓦斯積聚。措施規(guī)定，副巷安全出口20 m范圍內(nèi)必須確保設(shè)計(jì)高度，并與上隅角高度持平，確保風(fēng)流通過。

3.3.6 壓風(fēng)、噴霧裝置的應(yīng)用

針對(duì)工作面機(jī)尾端頭支架上方側(cè)護(hù)板處等個(gè)別地點(diǎn)局部積聚的瓦斯不易處理的情況，現(xiàn)場(chǎng)采用了壓風(fēng)、噴霧裝置，利用風(fēng)、水產(chǎn)生的壓力來沖淡、稀釋局部積聚的瓦斯，對(duì)于上隅角局部積聚的瓦斯處理起到了較好的補(bǔ)充作用。

1)高壓風(fēng)管:將與副巷風(fēng)管相連的高壓膠管，掛在局部瓦斯積聚處，由高壓風(fēng)管噴出的風(fēng)噴射到局部積聚處，稀釋積存瓦斯。

2)靜壓噴霧設(shè)施:將通過膠管與副巷水管相連的噴頭(噴頭的數(shù)量由現(xiàn)場(chǎng)確定)，掛在瓦斯局部積聚處上方或側(cè)方，由噴頭噴出的水霧噴射到局部積聚處，稀釋積存瓦斯。

3)在隅角切頂柱靠采空區(qū)側(cè)，貼切頂柱安設(shè)一道平行水幕，保持常開，噴霧朝向采空區(qū)側(cè)，以沖淡、稀釋切頂排柱靠采空區(qū)側(cè)瓦斯。

4 治理效果

該工作面回采期間，瓦斯?jié)舛然驹?.3% ～0.8%，未影響工作面正常生產(chǎn)，確保了工作面順利采完。雖短時(shí)間曾達(dá)到1.5%以上，其主要原因是副尾處巷道超高，通風(fēng)不暢，造成副巷局部瓦斯積聚，與上隅角治理綜治措施的落實(shí)，關(guān)系不大。回風(fēng)巷瓦斯由原來的0.5%降至0.15% ～0.20%，抽放量平均52 m3/min，抽放純量平均為 2.3 m3/min。

5 結(jié)論

1)實(shí)踐證明，對(duì)綜放工作面，依靠單一的通風(fēng)方式來排放瓦斯，效果不顯著。采取抽放瓦斯減少風(fēng)排瓦斯量是治理瓦斯的重要途徑。抽放瓦斯也不能靠單一的瓦斯抽放方法，需因地制宜，采用多種抽放形式相結(jié)合的方式。

2)解決上隅角瓦斯積聚，要特別重視局部區(qū)域瓦斯治理措施的落實(shí)。